生物传感器是一种对生物物质灵敏并将其浓度转化为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物灵敏资料作辨认元件(包含酶、抗体、抗原、微生物、细胞、安排、核酸等生物活性物质)、恰当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号扩大设备构成的剖析东西或体系。生物传感器具有接受器与转化器的功用。
生物传感器由分子辨认部分(灵敏元件)和转化部分(换能器)构成:
以分子辨认部分去辨认被测方针,是能够引起某种物理改动或化学改动的主要功用元件。分子辨认部分是生物传感器挑选性测定的根底。主要有酶、抗体、核酸、DNA、细胞受体和完好细胞等。
把生物活性表达的信号转化为电信号的物理或化学换能器(传感器),主要有电化学器材、光学器材、热敏器材、声波器材、压敏器材等。
生物传感器原理图
各种生物传感器有以下一起的结构:包含一种或数种相关生物活性资料(生物膜)及能把生物活性表达的信号转化为电信号的物理或化学换能器(传感器),二者组合在一起,用现代微电子和自动化外表技能进行生物信号的再加工,构成各种能够运用的生物传感器剖析设备、仪器和体系。
生物传感器完成以下三个功用:
感触:提取出动植物发挥感知效果的生物资料,包含:生物安排、微生物、细胞器、酶、抗体、抗原、核酸、DNA等。完成生物资料或类生物资料的批量生产,重复使用,下降检测的难度和本钱。
调查:将生物资料感触到的继续、有规则的信息转化为人们能够了解的信息。
反响:将信息经过光学、压电、电化学、温度、电磁等方法展现给人们,为人们的决议计划供给依据。
生物传感器的分类
依据生物传感器中的分子辨认元件和换能器(信号转化器)的不同,能够从这两个方面对生物传感器分类:
按分子辨认元件分:
酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、安排传感器、免疫传感器。
酶传感器
是由酶催化剂和电化学器材构成的。因为酶是蛋白质组成的生物催化剂,能催化许多生物化学反响,生物细胞的杂乱代谢便是因为不计其数的酶操控的。酶的催化功率极高,并且具有高度专一性,即能对待测生物量(底物)进行挑选性催化,并且有化学扩大效果。因而使用酶的特性能够制造出高灵敏度、挑选性好的传感器。
微生物传感器
用微生物作为分子辨认元件。与酶比较,微生物更经济、耐久性也好。
免疫传感器的基本原理是免疫反响。 使用抗体能辨认抗原结合的功用的生物传感器称为免疫传感器。
生物安排传感器
是以活的动植物安排细胞切片作为辨认元件,并与相应的改换元件构成的传感器。
生物安排传感器具有如下一些特色:
1) 生物安排含有丰厚的酶类,这些酶在适合的自然环境中,能够得到适当安稳的酶活性,许多安排传感器作业寿数比相应的酶传感器寿数长许多;
2) 在所需求的酶难以提纯时,直接使用生物安排能够得到足够高的酶活性;
3) 安排辨认元件制造简洁,一般不需求选用固定化技能。
细胞器电极传感器
是使用动植物细胞器作为灵敏元件的传感器。细胞器是指存在于细胞内的被膜包围起来的细小“器官”,如线粒体、微粒体、溶酶体、过氧化氢体、叶绿体、氢化酶颗粒、磁粒体等等。
生物传感器按转化器材分类:
生物电极、压电晶体生物传感器、半导体生物传感器、光生物传感器、热生物传感器、介体生物传感器。
半导体生物传感器
是由生物分子辨认器材(生物灵敏膜)与半导体器材结合构成的传感器。现在常用的半导体传感器是半导体光电二极管、场效应管(FET)等。
半导体生物传感器的特色有:
1) 结构简略,便于批量生产,本钱低;
2) 它归于固态传感器,机械性能好,抗震性能好,寿数长;
3) 输出阻抗低,便于与后续电路匹配;
4) 可在同一芯片上集成多种传感器,可完成多功用、多参数与计算机的根底。
压电晶体生物传感器
使用压电石英晶体对外表电极区附着质量的灵敏性,并结合生物功用分子(如抗原和抗体)之间的挑选特异性,使压电晶体外表发生细小的压力改动,引起其振荡频率改动可制成压电生物传感器 。它主要由压电晶体、振荡电路、差频电路、频率计数器及计算机等部分组成。